Εάν ένα ηλεκτρόνιο περνάει μέσα από μια τρύπα του οποίου το μέγεθος του μήκους κύματος παραγγελίας και τότε θα λάβετε πρότυπο περίθλασης;

Ναι, θα περιμένατε να δείτε ένα πρότυπο περίθλασης εάν ένα μόνο ηλεκτρόνιο περνάει μέσα από μια τρύπα του οποίου το μέγεθος είναι της τάξης του μήκους κύματος του. Εδώ είναι γιατί:

* Διπλότητα κύματος-σωματιδίου: Τα ηλεκτρόνια, παρά το γεγονός ότι είναι σωματίδια, εκθέτουν κύμα. Αυτό είναι γνωστό ως δυαδικότητα κυμάτων-σωματιδίων, μια θεμελιώδη έννοια στην κβαντική μηχανική.

* διάθλαση: Η διάθλαση είναι ένα φαινόμενο όπου τα κύματα λυγίζουν γύρω από τα εμπόδια. Όταν ένα κύμα συναντά ένα εμπόδιο συγκρίσιμο σε μέγεθος με το μήκος κύματος του, εξαπλώνεται.

* Μήκος κύματος ηλεκτρονίων: Το μήκος κύματος ενός ηλεκτρονίου καθορίζεται από την ορμή του (και επομένως την ενέργεια του) μέσω της εξίσωσης de Broglie:λ =h/p, όπου λ είναι το μήκος κύματος, το H είναι σταθερό του Planck και το P είναι η ορμή.

* περίθλαση μονής ηλεκτρονίων: Εάν ένα ηλεκτρόνιο περάσει από μια οπή μικρότερη ή συγκρίσιμη με το μήκος κύματος του, η φύση του που μοιάζει με κύματα θα την προκαλέσει σε διάθλαση. Αυτό σημαίνει ότι το ηλεκτρόνιο θα εξαπλωθεί, δημιουργώντας ένα πρότυπο περίθλασης σε μια οθόνη πίσω από την τρύπα.

Το πείραμα:

Αυτό το πείραμα είναι μια κλασική επίδειξη της κυμάτων φύσης της ύλης. Σε μια τυπική ρύθμιση, μια δέσμη ηλεκτρονίων κατευθύνεται σε μια πολύ λεπτή σχισμή ή πολλαπλές σχισμές. Σε μια οθόνη πίσω από τις σχισμές, θα παρατηρείτε ένα μοτίβο παρεμβολής, όχι μόνο ένα σημείο όπου τα ηλεκτρόνια χτύπησαν. Αυτό το μοτίβο είναι μια άμεση συνέπεια των ιδιοτήτων που μοιάζουν με κύματα των ηλεκτρονίων.

Βασικά σημεία:

* Το μέγεθος του προτύπου περίθλασης εξαρτάται από το μήκος κύματος του ηλεκτρονίου και το μέγεθος της οπής.

* Όσο πιο στενή είναι η τρύπα (σε σχέση με το μήκος κύματος του ηλεκτρονίου), το ευρύτερο μοτίβο περίθλασης.

* Το πρότυπο διάθλασης δεν είναι αποτέλεσμα πολλαπλών ηλεκτρονίων που αλληλεπιδρούν, αλλά μάλλον ένα μόνο ηλεκτρονικό αλληλεπιδρά με την οπή και παρεμβαίνει στον εαυτό του.

Συμπέρασμα:

Η παρατήρηση των μοτίβων περίθλασης από τα μεμονωμένα ηλεκτρόνια που διέρχονται από μικρές οπές είναι ισχυρές ενδείξεις για την κύμα που μοιάζει με την ύλη της ύλης και τον ακρογωνιαίο λίθο της κβαντικής μηχανικής.